DLC膜の耐熱性向上の為の加熱による局所・微細構造変化の解明

• 研究課題/領域番号: 17KK0111
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 赤坂 大樹 東京工業大学, 工学院, 准教授 (80500983)
• 研究期間 (年度): 2018 – 2022
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円)
• キーワード: DLC膜 / 耐熱性 / 局所構造 / 熱印加 / sp2/sp3炭素結合比 / ダイヤモンド状炭素膜 / 炭素 / PEEM / NEXAFS / sp2結合 / sp3結合 / 摺動 / アモルファス炭素膜 / sp2/sp3結合炭素比

研究成果の概要

ダイヤモンド状炭素(DLC)膜の熱による局所反応について，膜のどの構造から熱により損傷し，DLC膜のどの構造が高温に耐えるかを探索する為，局所的な熱による構造変化としてsp2/(sp2+sp3)結合炭素比の2次元分布の変化を放射光を用いたX線光電子顕微鏡観察により評価し，より実際に近い状況での熱によるDLC膜の構造変化を把握した．DLC膜は加熱によりsp2結合性炭素が増加し，局所的に構造の異なる領域がある場合も安定な結合状態に収束することが示された．更に急激な熱印加と冷却が行われた場合でもsp2炭素量が急激に上昇し，熱によるsp3からsp2結合性炭素への変化が印加熱量に依存する事が示された．

研究成果の学術的意義や社会的意義

機械部品摺動に固体潤滑膜として用いられるDLC膜の熱による炭素の結合状態の変化が示された．特に局所的に不均一な炭素結合状態があったとしてもその温度で安定な結合状態に収束していくことが示され，摺動部で発生する摩擦熱による劣化過程を考えるうえでの基礎となり，この結果を発展させることでDLC膜の長寿命化につながるものと考えられる．

研究成果

• [国際共同研究] Synchrotron Light Research Institute (Public Organization)(タイ)
• [雑誌論文] Oriented sp2 bonded carbon structure of hydrogenated amorphous carbon films (2023)
  • 著者名/発表者名: Umada Naoki、Kanda Kazuhiro、Niibe Masato、Hirata Yuki、Ohtake Naoto、Akasaka Hiroki
  • 雑誌名: Diamond and Related Materials 巻: 131 ページ: 109533-109533
  • DOI: 10.1016/j.diamond.2022.109533
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray photoemission electron microscopy observation of wear tracks on hydrogenated amorphous carbon films after ball-on-disk tests (2023)
  • 著者名/発表者名: Norizuki Sota、Tunmee Sarayut、Euaruksakul Chanan、Rittihong Ukit、Suzuki Keisuke、Tomidokoro Masashi、Nakajima Hideki、Hirata Yuki、Ohtake Naoto、Akasaka Hiroki
  • 雑誌名: Diamond and Related Materials 巻: 132 ページ: 109682-109682
  • DOI: 10.1016/j.diamond.2023.109682
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Investigation of the structure and tribological properties of laser-irradiated hydrogenated amorphous carbon films (2023)
  • 著者名/発表者名: Harada Dai、Tunmee Sarayut、Euaruksakul Chanan、Rittihong Ukit、Nakajima Hideki、Aono Yuko、Hirata Yuki、Ohtake Naoto、Akasaka Hiroki
  • 雑誌名: Diamond and Related Materials 巻: 131 ページ: 109573-109573
  • DOI: 10.1016/j.diamond.2022.109573
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Electrical Conduction Properties of Hydrogenated Amorphous Carbon Films with Different Structures (2021)
  • 著者名/発表者名: Masashi Tomidokoro, Sarayut Tunmee, Ukit Rittihong, Chanan Euaruksakul, Ratchadaporn Supruangnet, Hideki Nakajima, Yuki Hirata, Naoto Ohtake, Hiroki Akasaka
  • 雑誌名: Materials 巻: 14 号: 9 ページ: 2355-2355
  • DOI: 10.3390/ma14092355
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Metal Matrix Composites Using Diamond-like Carbon-Coated Particles Fabricated by Cold Spray Technique (2020)
  • 著者名/発表者名: Nana Okimura, Jongbeom Choi, Wataru Nakayama, Nobuhisa Ata, Yuki Hirata, Naoto Ohtake, Hiroki Akasaka
  • 雑誌名: Journal of Thermal Spray Technology 巻: 29 号: 7 ページ: 1660-1668
  • DOI: 10.1007/s11666-020-01071-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchrotron-based spectroscopic analysis of diamond-like carbon films from different source (2020)
  • 著者名/発表者名: Ukit Rittihong, Hiroki Akasaka,Chanan Euaruksakul,Masashi Tomidokoro, Nuntaporn Kamonsuttipaijit, Hideki Nakajima, Ratchadaporn Supruangnet, Catleya Rojviriya, Artit Chingsungnoen, Phitsanu Poolcharuansin, NaotoOhtake, SarayutTunmee
  • 雑誌名: Radiation Physics and Chemistry 巻: 173 ページ: 108944-108944
  • DOI: 10.1016/j.radphyschem.2020.108944
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Thermaldecompositionandstructuralvariationbyheatingonhydrogenatedamorphouscarbonfilms (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Akasaka, Sarayut Tunmee, Ukit Rittihong, Masashi Tomidokoro, Chanan Euaruksakul, Souta Norizuki, Ratchadaporn Supruangnet, Hideki Nakajima, Yuki Hirata, Naoto Ohtake
  • 雑誌名: Diamond and Related Materials 巻: 101 ページ: 107609-107609
  • DOI: 10.1016/j.diamond.2019.107609
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] X-ray photoemission electron microscopy observation of sliding marks on amorphous carbon film after ball on disk test (2022)
  • 著者名/発表者名: Sota Norizuki, Keisuke Suzuki, Sarayut Tunmee, Ukit Rittihong, Chanan Euaruksakul, Ratchadaporn Supruangnet, Yuki Hirata, Naoto Ohtake, Hiroki Akasaka
  • 学会等名: 15th International Conference on New Diamond and Nano Carbons (NDNC2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Sliding properties of laser irradiated amorphous carbon film (2022)
  • 著者名/発表者名: Dai Harada, Sarayut Tunmee, Yuko Aono, Chanan Euaruksakunl, Ukit Rittihong, Yuki Hirata, Naoto Ohtake, Hiroki Akasaka
  • 学会等名: 15th International Conference on New Diamond and Nano Carbons (NDNC2022)
  • 国際学会
• [学会発表] アモルファス炭素膜へのレーザ照射による構造制御を用いた摺動性向上 (2022)
  • 著者名/発表者名: 原田大, Tunmee Sarayut, 青野祐子, Euaruksakun Chanan, Rittihong Ukit, 平田祐樹, 大竹尚登, 赤坂大樹
  • 学会等名: 応用物理学会第69回春季講演会
• [学会発表] 原田大, Tunmee Sarayut, 青野祐子, Euaruksakun Chanan, Rittihong Ukit, 平田祐樹, 大竹尚登, 赤坂大樹 (2022)
  • 著者名/発表者名: パルスレーザ照射による アモルファス炭素膜の形状変化
  • 学会等名: 2022年 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Investigation of the precise structure in amorphous carbon films by X-ray spectroscopy with synchrotron radiation (2022)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Akasaka
  • 学会等名: ASIAN Conference on X-ray Absorption Spectroscopy 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Effect of laser irradiation to hydrogenated amorphous carbon films on shape and properties (2022)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Akasaka
  • 学会等名: INTERNATIONAL CONFERENCE AND EXHIBITION ON SCIENCE, TECHNOLOGY AND ENGINEERING OF MATERIALS (ISTEM2022), Abstracts of ISTEM2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 摺動試験前後のダイヤモンド状炭素膜表面の構造評価, (2022)
  • 著者名/発表者名: 法月 奏太, Tunmee Sarayut, Euaruksakun Chanan, Rittihong Ukit, 鈴木 啓介, 冨所 優志, 平田 祐樹, 大竹 尚登, 赤坂 大樹
  • 学会等名: 応用物理学会第69回春季講演会
• [学会発表] アモルファス炭素膜へのレーザ照射による構造制御を用いた摺動性向上 (2022)
  • 著者名/発表者名: 原田 大, Tunmee Sarayut, 青野 祐子, Euaruksakun Chanan, Rittihong Ukit, 平田 祐樹, 大竹 尚登, 赤坂 大樹
  • 学会等名: 応用物理学会第69回春季講演会
• [学会発表] Fabrication of metal-carbon composite coating using cold spray technique (2020)
  • 著者名/発表者名: Jongbeom Choi, Nana Okimura, Yuki Hirata, Naoto Ohtake, Hiroki Akasaka
  • 学会等名: The 5th International Conference on Smart Materials and Nanotechnology (SmartMat@2020)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] X-PEEM observation of sliding mark on the amorphous carbon film surface after ball on disk test (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Akasaka, K. Suzuki, S. Tunmee, C. Euaruksakul, U. Rittihong, R. Supruangnet, Y. Hirata, N. Ohtake
  • 学会等名: 30th International Conference on Diamond & Carbon Materials 2019（ICDM2019）
  • 国際学会
• [学会発表] NEXAFS and X-PEEM observation of the damaged area on the amorphous carbon film surface (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Akasaka, Keisuke Suzuki, Norizuki Sota, Sarayut Tunmee, Chanan Euaruksakul, Ukit Rittihong, Ratchadaporn Supruangnet,
  • 学会等名: ASIAN Conference on X-ray Absorption Spectroscopy (ACXAS 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] X線光電子顕微鏡を用いたDLC膜の損傷解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 赤坂 大樹, Tunmee Sarayut, Rittihong Ukit, 富所 優志, Euaruksakul Chanan, Supruangnet Ratchadaporn, Nakajima Hideki , 法月奏太, 平田 祐樹, 大竹 尚登
  • 学会等名: 日本機械学会第27回機械材料・材料加工技術講演会（M&P2019）
• [学会発表] Decomposition and their structural change by heating on amorphous carbon films (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Akasaka, Sarayut Tunmee, Chanan Euaruksakun, Ukit Rittihong, Ratchadaporn Supruangnet, Yuki Hirata, Naoto Ohtake
  • 学会等名: 13th New Diamond and Nano Carbon Conference(NDNC 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] 炭素材料の更なる展開を目指して～機能性炭素材料コンポジット厚膜の合成とDLC膜への面分析の導入～ (2019)
  • 著者名/発表者名: 赤坂大樹
  • 学会等名: 表面技術協会高機能トライボ表面プロセス部会
  • 招待講演
• [学会発表] Relationship between structure and electrical conduction (2019)
  • 著者名/発表者名: Masashi Tomidokoro, Sarayut Tunmee, Hideki Nakajima, Ukit Rittihong, Ratchadaporn Supruangnet, Yuki Hirata, Naoto Ohtake, Hiroki Akasaka
  • 学会等名: 13th New Diamond and Nano Carbon Conference(NDNC 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] 水素化アモルファス炭素膜の構造と電気伝導特性の関係 (2019)
  • 著者名/発表者名: 冨所 優志, Sarayut Tunmee, Hideki Nakajima, Ukit Rittihong2, Ratchadaporn Supruangnet, 平田 祐樹, 大竹 尚登, 赤坂 大樹
  • 学会等名: 第80回 応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 水素化アモルファス炭素膜の水素量と電気伝導特性の相関 (2019)
  • 著者名/発表者名: 冨所 優志, Sarayut Tunmee, Hideki Nakajima, Ukit Rittihong, Ratchadaporn Supruangnet, 平田 祐樹, 大竹 尚登, 赤坂 大樹
  • 学会等名: 第３３回ダイヤモンドシンポジウム
• [学会発表] ボールオンディスク試験後のDLC表面の構造評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 法月 奏太,Sarayut Tunmee,Chanan Euaruksakun,Rittihong Ukit,鈴木 啓介,冨所 優志,平田 祐樹,大竹 尚登,赤坂 大樹
  • 学会等名: 第３３回ダイヤモンドシンポジウム
• [学会発表] X線光電子顕微鏡を用いたDLC 膜の摺動痕の観察 (2019)
  • 著者名/発表者名: 法月 奏太, Sarayut Tunmee, Chanan Euaruksakun, Ukit Rittihong, 富所 優志, Ratchadaporn Supruangnet, 平田 祐樹, 大竹 尚登, 赤坂 大樹
  • 学会等名: 第67回 応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] アモルファス炭素膜の熱分解挙動と構造変化の均一性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 赤坂 大樹
  • 学会等名: 2019年 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] IN-SITU NEXAFS STUDY ON sp2/sp3 RATIO IN DIAMOND-LIKE CARBON FILMS AT VARIOUS TEMPERATURES (2018)
  • 著者名/発表者名: Sarayut Tunmee
  • 学会等名: The 5th Asian Symposium on Materials and Processing (ASMP2018)
  • 国際学会